基于相位进行感测制造技术

一种利用基于相位的转换器进行感测的方法，其中在灵敏度的多个不同水平提供转换器响应。灵敏度的不同水平被用来产生横跨信号水平的宽范围不超标度的输出。这对于结合用于地震测量的光纤传感器的多路复用阵列的使用是特别有用的。还描述了传感器校正和噪声减小的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于相位进行感测本专利技术涉及传感器，其利用询问信号的相位变化来确定所感测的参数，具体地但 非唯一地，本专利技术涉及光纤干涉感测。本专利技术特别适用于地震测量和成像领域。光纤传感器使用一段光纤，以所感测的参数产生要施加在光纤上的应力的方式来 布置所述光纤。尽管其他的布置也是可以的，但光纤通常以线圈形式布置。这种应力引起 在该光纤中传播的光学信号的相位变化，这种变化能够由干涉测量技术检测到。之前已经 提议过用于这种转换器的多种不同布置，这些布置中的多数具有缠绕在可变形的芯或心轴 上的光纤的线圈，所述芯或心轴响应于诸如感测到的振动等被感测参数而经历径向膨胀或 收缩。这种光纤传感器能够表现出极高的灵敏度，并且具有完全无源、不使用感测转换 器处的功率的优点。由于在多路复用(multiplex)时相对容易，这种传感器还已经证明在 需要大规模传感器阵列的应用中是受欢迎的。这种应用的示例是油气开采行业中的地震测量，其中包括数百个或者甚至数千个 振动传感器和/或水听器(hydrophone)的大时间多路复用阵列能够被用来感测来自海床 下方的地质构造的入射脉冲的反射。以固定的周期对这种阵列进行采样提供了关于现有储 量或潜在的新储量的3D的时间流失的数据。更详细地，高幅震源(通常为气枪)被拖曳经过(已知的或潜在的)油田的顶部， 以固定的间隔朝震源射击，并且利用与震源一起被拖曳或者定位在海床上的传感器来监测 来自震源的反射回波。所期望的是，能够直接测量当来自气枪的直接信号首次撞击传感器 时的该信号(非常高的振幅)，和从油田内的地下特征所反射的地震回波(振幅低得多)。 传感器输出与时间之间的关系的两个示例示出在附图说明图1中。气枪在上部曲线中比在下部曲线 中更靠近传感器，并且信号的振幅相应地更大。在曲线图的左手侧，传感器输出的较大变化 表示来自撞击在传感器上的震源的直接信号。在很小活动的短间隔之后，在右手侧的较小 变化的传感器输出表示来自传感器检测到的地下构造的地震回波(seismic return)。利用该方法来进行感测所经历的问题在于，对于给定的采样率，在某个振幅阈值 以上的信号使基于相位感测到的信息变得失真，并能引起解调过程的故障。这种效应(通 常称为过载或超标度(overscale))取决于被测信号的频率。在地震系统中，这能够引起与 入射脉冲的直达波(direct arrival)相关的特定问题，其中入射脉冲被用来确定传感器相 对于震源的方位。这在脉冲已经靠近传感器产生时特别真实，然而在更大的范围处，即使是 直达波也不会超标度。理想的是，能够在没有超标度能产生的失真的情况下，记录该入射脉 冲。本专利技术的总目的是提供改进的用于感测和处理传感器信号的方法和装置，并且本 专利技术的某些实施例的目的是提供利用多路复用的光纤传感器阵列进行感测的改进的方法 和装置。根据本专利技术的第一方面，提供了一种利用基于相位的转换器进行感测的方法，所 述方法包括提供多个表示转换器响应的信号，所述多个信号具有不同的灵敏度，利用所述 信号中的至少一个确定转换器响应的幅值，以及基于所述值，使用一个或多个具有不同灵敏度的信号来提供所感测的输出。通过以这种方式提供具有变化的灵敏度的大量不同信号，能够产生合成信号，该 合成信号允许地震回波和直达波两者的所有相位和振幅，对横跨信号水平的全范围所需的 精度是已知的。在如上所述的地震测量的情况下，在所有实际范围的直达波和地震回波都 能够被解析。在某些实施例中，多个灵敏度信号从单个感测元件获得。在例如水听器或加速计 的情况下，对于对应于每个光纤感测线圈的感测输出的信号，基本同时获得多个灵敏度。这 种实施例允许从每个传感器元件获得随时间变化的数据输出，其具有在每个时间时刻的多 个不同灵敏度的数据。这是在无需在每个传感器位置提供对应于多个所需灵敏度的多个感 测元件的情况下所获得的。已经发现，本专利技术的具有三个或更多个、或者甚至四个或更多个 不同灵敏度的实施例是有利的。本专利技术的另外的方面提供了一种校正传感器布置的方法，所述传感器布置适于感 测从信号源发射、穿过传播介质的信号，所述方法包括(a)提供初始传感器灵敏度(b)基于信号的标记和已知的传播条件，确定来自具有所述灵敏度的传感器的输 出将超标度的范围。(c)确定最低传感器灵敏度，该最低传感器灵敏度将在所述范围提供所需的SNR(d)重复步骤(b)和(C)，直至达到最小的所需范围。本专利技术扩展到基本如在此参照附图所描述的方法、装置和/或用途。本专利技术的一个方面中的任何特征可以任何适当的组合应用到本专利技术的其他方面。 特别地，方法方面可以应用到装置方面，反之亦然。另外，以硬件实现的特征可以通常可以软件实现，反之亦然。在此对软件和硬件特 征的任何参照应当被相应地解释。现在将参照附图仅通过示例的方式对本专利技术的优选特征进行描述。超标度(overscale)通常能定义为当任何相位检测系统的测量带宽被超过时，该 系统中的相位跟踪的损失。超标度可以出现在任何基于相位的系统中，但是这里是参照光 学系统进行描述，具体而言，是用于地震测量的光纤传感器系统。在光学系统中，超标度可 以不同的方式表现它自己，这取决于系统如何多路复用。在频分多路复用(frequency multiplexed)系统中，许多传感器被以不同的载波 频率连续地询问。来自频率多路复用系统的返回如图2所示。要检测的信号作为每个载波 频率周围的相位调制被输送。每个信号的容许带宽等于载波频率fc。每个信号占据的频率 带宽随着该信号的振幅和频率增加而增加。如果带宽超过容许的系统带宽，则将发生超标 度。在这种情况下，超标度将以振幅失真和传感器之间潜在地串扰的组合的方式表现其自 身。在时分多路复用(time multiplexed)光学系统中，以固定的时间间隔(通常由物 理传感器装置设定)光学采样每个传感器。在典型的系统中，样本之间的时间间隔可以是5 微秒左右。对于要完全保持相位追踪的系统，连续的光学样本之间的光学相位变化需要小 于π/2。如果该阈值被超过，则将引入相位模糊，并且将出现超标度状况。能够使用多种技术来提供不同灵敏度的传感器输出信号。一种方法是将已经通过机械方式设计为具有不同相位灵敏度的大量传感器通过 光学方式多路复用在一起。在加速计的情况下，不同灵敏度的光学设备能够通过使用具有 相同尺寸但是不同地震块(seismic mass)的传感器来构建(加速计的灵敏度与加速计的 地震块成正比)。例如，如果加速计A使用钨块，而加速计B除了使用密度大约是钨的1/5 的铝块，其它方面与加速度计A相同，则传感器A的灵敏度将是传感器B的5倍。如果光学 传感器是水听器，则灵敏度可以通过改变光纤缠绕在其上的心轴(管)的厚度和/或材料 属性来改变。灵敏度的改变是由由此所产生的硬度变化引起的。然后，可以通过利用已被 很好理解的技术(例如，时间和频率多路复用)以光学方式将不同灵敏度的传感器多路复 用在一起来组合它们。一种替代技术是平衡传感器技术。构建具有输出的光学传感器是可能的，所述传 感器能够以不同的方式组合在一起，以有效地产生具有两个灵敏度的传感器。这种传感器 示出在图3中。该传感器是包括包套302的加速计，包套302容纳地震块304，地震块304放置在 附本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种利用基于相位的转换器进行感测的方法，包括：提供表示转换器响应的多个信号，所述多个信号具有不同的灵敏度；利用所述信号中的至少一个确定所述转换器响应的幅值；以及基于所述值，利用具有不同灵敏度的一个或多个信号提供感测的输出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·I·克里克莫尔，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：发明
国别省市：GB